礦物摻合料對高強混凝土配制的影響-

　　前言

　　近年來，我國已建和在建的建筑中，已有許多100m以上高層建筑，而且采用了高強混凝土。高強混凝土多用于高層建筑底層柱，體積較大(斷面最小尺寸超過1m)。如果水泥用量較多，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大溫升，引起溫度應(yīng)力，造成開裂，影響混凝土的耐久性。因此近年來美、加、日、挪、法等國提出高性能混凝土的概念，即以耐久性為目標(biāo)設(shè)計混凝土。除使用低水灰比和實現(xiàn)高流動性便于成型密實外，加入礦物摻合料是提高混凝土耐久性的重要措施。不同礦物摻合料有不同的特點，在高強混凝土中有不同的作用。我們從1994年開始，對摻用硅灰和沸石粉的高強混凝土的配制和性能進(jìn)行了對比性試驗研究。1995年又結(jié)合航華科貿(mào)中心大廈C60泵送混凝土的施工，對摻用粉煤灰的C60泵送混凝土進(jìn)行了試配，并用于實際工程。

　　原材料

　　2.1　水泥　冀東水泥廠散裝盾石牌525號硅酸鹽水泥，主要技術(shù)性能見表1

　　2.2　礦物摻合料

　　粉煤灰：內(nèi)蒙赤峰元寶山電廠Ⅰ級粉煤灰，其性能見表2。

　　沸石粉：河北省欒平斜發(fā)、絲光沸石粉，其性能見表3。

　　硅灰：河北丹江生產(chǎn)，測定其SiO2含量89％，密度2.16kg/m3。

　　2.3　集料

　　砂：昌平產(chǎn)河砂，技術(shù)性能見表4。

　　石：三河市黃土莊鎂質(zhì)石灰?guī)r碎石5～25mm，技術(shù)性能見表5。

　　2.4　減水劑　中國建材院JK－2A，減水率23％，清華華迪合成材料公司NF－2－6，減水率25％。

　　3　試驗及結(jié)果分析

　　3.1　由于磨細(xì)沸石粉需水量大，用于高強流態(tài)混凝土?xí)r，摻量不宜10％。因此本試驗采用沸石粉的摻量基本一致(8～10％)，混凝土坍落度相同時，改變配合比，測定混凝土強度結(jié)果見表6。

　　(1)由于沸石粉的需水量較大(需水比106％)，沸石粉摻量增加時，應(yīng)增加總用灰量或高效減水劑；

　　(2)當(dāng)水灰比相同、總用灰量相同時，增加高效減水劑以保持坍落度不變，摻入9％的沸石粉后，強度基本不下降，或有所提高，而混凝土的和易性得到改善，目測離析、泌水現(xiàn)象大為減少；

　　(3)對C60以上的泵送混凝土，以沸石粉摻量≯9％，水灰比≯0.33為宜。

　　3.2　根據(jù)報道，摻硅灰的混凝土強度隨硅灰的摻量而提高，但摻量超過10％以后，需水量增加較大。從經(jīng)濟(jì)性考慮，以硅灰8～10％等量取代水泥進(jìn)行高強混凝土的試配結(jié)果見表7。

　　由表7可見：

　　(1)在水灰比和總用灰量相同的情況下，摻入硅灰后，混凝土28d后強度可提高20％以上，硅灰摻入量以8～10％為宜。

　　(2)摻入硅灰的高強混凝土28d前強度增長幅度較大，但60d強度基本不增長。

　　3.3　摻用粉煤灰的高強混凝土試配。優(yōu)質(zhì)粉煤灰需水比小，有利于改善混凝土和易性，因此可以加大其在混凝土中的摻量，以降低混凝土的內(nèi)部溫升；而且，粉煤灰對混凝土強度的貢獻(xiàn)隨齡期的增長而增加，有利于后期強度的發(fā)展。見圖1所示為粉煤灰和水泥體積比為1∶1時，在不同水膠比下粉煤灰和水泥對混凝土強度的貢獻(xiàn)。以不同量的粉煤灰等量取代水泥配制高強混凝土的配比和強度見表8。

　　由表8可見，加入粉煤灰直到30％，都可配制出28d強度為70MPa、坍落度170mm的高強混凝土。

　　4　航華大廈C60泵送混凝土生產(chǎn)應(yīng)用

　　4.1　C60泵送混凝土的生產(chǎn)　經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后采用摻粉煤灰的高強泵送混凝土用于航華大廈的施工。為了使目前人們能夠接受而且可靠，選擇粉煤灰摻入量為18％，水灰比為0.29，出機混凝土強度統(tǒng)計結(jié)果見表9。

　　4.2　C60泵送混凝土拌合物性能(見表10)

　　4.3　硬化混凝土部分性能(見表11)

　　4.4　高強混凝土的冬季施工　高強混凝土水灰比低，水泥用量較大，早期強度發(fā)展快，體積較大的混凝土柱內(nèi)溫升較大。在負(fù)溫下，可以不摻用防凍劑。為了確定施工方案，對摻與不摻防凍劑的上述配合比混凝土進(jìn)行負(fù)溫養(yǎng)護(hù)和負(fù)溫－標(biāo)養(yǎng)聯(lián)合養(yǎng)護(hù)下的強度對比試驗。聯(lián)合養(yǎng)護(hù)的制度為：成型后在－10℃下養(yǎng)護(hù)3d后繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，記作“－3＋28”；依此類推為“－7＋28”“－10＋28”，試驗結(jié)果見表12

　　由表12可見,由于C60混凝土的強度發(fā)展快,即使置于負(fù)溫下養(yǎng)護(hù),強度照樣增長；早期處于低溫時，只要恢復(fù)養(yǎng)護(hù)，強度就會正常增長。無論標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是聯(lián)合養(yǎng)護(hù)，不加防凍劑的混凝土都比加防凍劑的混凝土強度高。在0℃下養(yǎng)護(hù)時，不加防凍劑的混凝土和加防凍劑的混凝土強度無明顯差別，說明本技術(shù)的C60混凝土具有良好的抵抗負(fù)溫影響的性能；即使在－10℃下養(yǎng)護(hù)10d，再進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，強度仍然達(dá)到67MPa以上。有鑒于此，決定不使用防凍劑，按原配合比進(jìn)行－10℃以上的冬季施工。同時采取相應(yīng)的蓄熱措施，防止混凝土內(nèi)溫度下降過快。現(xiàn)場施工時由在混凝土中預(yù)埋的溫度傳感器測出混凝土中的實際溫度表明，在氣溫為1.8～2.2℃下澆筑的混凝土，養(yǎng)護(hù)7d后柱中心溫度仍有11℃。此時跟蹤現(xiàn)場構(gòu)件溫度養(yǎng)護(hù)的混凝土試件強度為65.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件強度為56.0MPa，混凝土已產(chǎn)生足夠抵抗凍結(jié)的強度。

　　5　結(jié)論

　　(1)在高強混凝土中摻入不同的礦物摻合料，除節(jié)省水泥、降低成本外，還可以有不同的作用：摻入天然沸石巖可解決加入高效減水劑后的高流動性混凝土易離析、泌水的問題；摻用硅灰可以在相同配合比下較大幅度地提高強度；粉煤灰則由于需水比低而可增大摻入量，以降低混凝土內(nèi)部溫升(該混凝土9月底實測溫度為52℃)、發(fā)送混凝土拌合物的和易性，由于滲透性大大降低，可提高混凝土的耐久性。

　　(2)摻用粉煤灰的C60泵送混凝土和易性好，生產(chǎn)時預(yù)留83組試塊，平均強度為74.35MPa，最低強度為61.4MPa，最高強度為88.2MPa，材料成本至少可降低20元/m3。　

　　(3)高強混凝土由于水灰比很低，早期強度較高，較大斷面的構(gòu)件中的內(nèi)部溫升足夠保持冬季施工的混凝土在受凍以前處于正溫下，因此高強混凝土用于冬季施工時，在不低于－10℃氣溫環(huán)境，按照冬季施工要求的各項保溫、蓄熱措施的情況下，可不加防凍劑。